静电真的那么危险吗?

电器工程 静电放电 损害 抗静电
2022-01-24 19:46:25

我是电子产品的初学者,在空闲时间我喜欢用我的 Arduino 制作东西。

当我用手处理几个蓝牙模块时,我想到了芯片上的静电放电。我对这个不是很熟悉,所以我有几个关于这个话题的问题,我希望你能帮我弄清楚一些事情。

  1. 静电真的那么危险吗?
  2. 如果我触摸它,我真的可以破坏像 Arduino 模块这样简单的东西吗?
  3. 假设我需要放电才能通过电,这是怎么回事?
  4. 还有什么我应该知道的吗?
2个回答

静电真的那么危险吗?

是的。

IC 内的导电路径非常小,因此通过它们不需要太多能量即可蒸发它们。¹

Arduino 的 IC 内部有数百万条这样的路径,只需损坏其中一个即可破坏设备。您可能会很幸运并破坏了一些您没有使用的功能,但这不是一个好赌注。

如果我触摸它,我真的可以破坏像 Arduino 模块这样简单的东西吗?

是什么让您认为 Arduino 很“简单”?微控制器是人类制造的最复杂、最精密的物体之一。相比之下,法贝热蛋简单耐用。

这是怎么发生的?

它的发生方式与触摸门把手时放电的方式相同。只要通过设备的路径比通过您的鞋子和空气泄漏电流更好的路径,它就会走那条路径。

通常,该设备是一个很好的路径,因为它插入了电源,这意味着有一个接地路径,这是一条通向低得多的电压电位的低阻抗路径。

Arduino 的一些输入引脚将受到保护以防止静电放电,但可能不是全部。即使是那些受到保护的人也可以被足够的命中杀死。保护不会使引脚无懈可击,它只是允许它承受一定量的 ESD 能量。像任何盔甲一样,用足够的能量击打它足够的次数,你就可以突破。

然而,这并不是说拔掉设备是解决问题的好方法。一方面,它破坏了设备内置的大部分保护,因为其中一些通过将危险能量分流到地面来工作。当您拔下设备时,您移除了该路径,因此现在电力被迫采用不同的路径通过设备,没有这种保护。未插电的设备仍有其他导电路径会导致较低的电压电位。考虑到人类和鞋子是不良导体,但我们设法积聚静电,并可能触电。

还有什么我应该知道的吗?

去一家好的电子工具店看看所有可用的抗静电产品。它们是有充分理由的。买一些。使用它们。:)


脚注:

  1. 触摸门把手时您感受到的那种静电放电的范围在 5 kV 和 15 kV 之间,具体取决于几个因素;² 峰值电流可以是 1 A。静电在大约一微秒内均衡并且不会通过您的心脏,所以它对人类来说只是烦人的,但对半导体门来说可能是致命的。

    人体也可以在放电前充电到 5 kV以下。在一定范围内,放电中仍有足够的能量来损坏敏感的 IC,但能量太低以至于你的神经无法感知它。

  2. 干燥的空气可以让人体储存更多的电荷,因为它比潮湿的空气泄漏得更慢,因此静电放电中的能量通常会在冬天变得更高。你的鞋子类型也会影响你在静电放电中可以传递的能量,就像地毯一样。然后你会得到一些效果,比如你的皮肤有多湿润,你的手指是否有老茧等等。

ESD 是基于物体可以保持静电荷的事实,例如当电子通过摩擦从物体上刮下时;如果控制不当,与另一个物体的接触会产生破坏性的电荷转移。如果重新布置套头衫会使汽车的油箱着火,那么您可以肯定 ESD 会对任何集成电路中极其微小的痕迹造成危险。ESD 下的芯片的存活率几乎与雷雨期间站在田野中央的树下的任何人相同。

这一切都归结为预防和保护。一是保护。最广泛使用的电路板(如 Arduino)具有 ESD 保护(否则它们会取得非常小的成功,否则会看到人们如何轻松地产生放电),并且通常很少有关于因 ESD 导致电路板失效的报告。然而,诸如晶体管之类的分立元件排除了这些元件,因此,如果您围绕这些元件构建电路,那么您一个人必须确保电路免受此类放电的影响。

通常,这些基于钳位输入电压/从输入中排出能量的二极管:

在此处输入图像描述

我在我的公司接受了关于 ESD 的年度认证培训(进入实验室的先决条件),他们向我们展示了教练使用 ESD 检测器(基本上是带有 RF 天线的“示波器”的旧培训影片之一) 在实验中。你会惊讶于产生 10000V 是多么容易:移动你的脚,在纸上滑动一块塑料......甚至将这些芯片从它们的管中滑出(如果不是那些 ESD 安全的)。发生这种情况时,高压会刺穿半导体的隔离并大幅降低其输入电阻(从视频中的 10 兆欧到 100k),即使不会导致短路。听起来好像不多,但是在应该没有的地方做一个短路,你的电路很可能无法工作。

通常通过使用适当的接地来防止这种情况发生:使用耗散垫(既不导电也不绝缘)作为工作表面,通过集成的 1Mohm 电阻将腕带绑在上面,以控制身体的无害放电(并且不积聚)和被测单元。还存在空气电离器以消除非导体(例如纸或胶带)的电荷。地板本身通常是一种耗散材料,与地球网络相连。 在此处输入图像描述